¿Por qué las ondas electromagnéticas se llaman ondas a pesar de que no viajan a través de un medio?

Si las ondas se definen como la oscilación de un medio, ¿por qué las ondas electromagnéticas se llaman ondas si no necesitan un medio para viajar?

Ver wiki: In physics, a wave is disturbance or oscillation (of a physical quantity), that travels through matter or space, accompanied by a transfer of energy.Esta es una concepción muy general.

Respuestas (5)

La definición de una onda no es que sea la oscilación de un medio. Las ondas se llaman ondas porque son soluciones a una ecuación de onda , es decir, para una "excitación" genérica A ( t , X ) dependiendo del tiempo t y alguna coordenada espacial X ∈ R norte , de la forma general

∂ 2 A ∂ t 2 = C 2 Δ A

dónde Δ es el laplaciano de la coordenada espacial. La ecuación de onda, a su vez, se llama ecuación de onda porque es precisamente la ecuación que gobierna el sistema arquetípico donde se produce una onda: el de masas conectadas linealmente por resortes.

Si bien una ecuación de onda puede surgir al considerar un medio, no es necesario un medio para que ocurra una ecuación de onda, como muestran las ecuaciones de Maxwell y la refutación de casi todas las teorías del éter luminífero .

¿Te gustaría incluir la ecuación de onda en la publicación?
Solo un pensamiento: puede valer la pena afirmar explícitamente que una onda no se define como la oscilación de un medio.
Esta ecuación es para ondas lineales. Las ondas son algo más general. Ver wiki antes de publicar tales respuestas.
@MikhailGenkin eso no es un problema. Las ondas EM también son lineales en la teoría de campos clásica.
-1 Decir que "las ondas se llaman ondas porque son soluciones de una ecuación de ondas" invierte completamente la lógica. La ecuación se llama ecuación de onda porque describe ondas. Las ondas vinieron primero, y las ecuaciones que las describen vinieron después y recibieron su nombre, no al revés.
Tal vez incluya que la solución a la ecuación de onda (en 1D) es cualquier función gramo ( z , t ) = F ( z − C t ) que intuitivamente se ajusta a lo que solemos definir como onda (un patrón espacial gramo ( z , 0 ) = F ( z ) que se mueve o se replica a sí mismo).
@ACuriousMind La ecuación de onda es más general de lo que dices. No debería ser necesariamente de segundo orden en el tiempo (ver la ecuación de Schrödinger, la ecuación del calor, la ecuación de Dirac ). Entonces, ahorreme un menos, corrija su respuesta.
@Mehrdad Me suscribo a su opinión, sin embargo, ¿cómo define una onda, si no por una ecuación de onda? Verás, podemos decir que las ondas son algo que se propaga en un medio, pero las partículas también se propagan. En mi opinión, onda es algo que puede producir interferencia, pero eso no equivale a decir que una onda es algo. que satisface una ecuación de onda homogénea? Creo que lo que caracteriza a una ecuación de onda homogénea es la linealidad, ya que obedece al principio de superposición.
@ACuriousMind: ¡Sí! Esta frase "La definición de una onda no es que sea la oscilación de un medio" , es engañosa. Puede confundir el OP. ¿Cómo puede propagarse una onda si no es por medio de algún material cuya propiedad oscile, sea el movimiento de las moléculas de agua, o del aire, o el campo electromagnético de los fotones? La diferencia entre el campo electromagnético y el sonido es que el sonido necesita un medio cuyas moléculas puedan oscilar, es decir, no puede propagarse en el vacío, mientras que la onda electromagnética no necesita ese medio, se propaga en el vacío y creemos que hay no es éter .

Además de las otras respuestas, en la antigüedad se pensaba que eran oscilaciones en el éter. Como resultado del experimento de Michelson-Morley en 1887, los físicos comenzaron a pensar que no había éter. Pero el término no cambió.

Esto responde mejor a la pregunta real.

Las ondas electromagnéticas se llaman ondas porque hay ondas (perturbaciones que se propagan), ondas en el campo electromagnético.

Estas ondas electromagnéticas, al igual que las ondas materiales, transportan energía . Según el artículo de Wikipedia " Ola "

En física, una onda es una perturbación u oscilación (de una cantidad física), que viaja a través de la materia o el espacio, acompañada de una transferencia de energía.

(énfasis mío)

Las ondas electromagnéticas satisfacen las ecuaciones de Maxwell para ondas.

No necesitan un medio para propagarse, porque estas ondas son sus propios portadores de energía, los fotones. En eso se diferencian de las ondas de agua cuya energía se propaga por la intermediación de las moléculas de agua, o de las ondas sonoras cuya energía se propaga a través de las moléculas del medio por el que pasa la onda.

Para dar una respuesta tenemos que recordar los hechos históricos. Al hacer que una fuente de luz sea casi monocromática y para obtener mejores resultados visibles, se puede ver detrás de un borde un patrón de intensidad (flecos) a derecha e izquierda de la línea geométrica de la sombra. Por lo tanto, el patrón de intensidad es algo igual a las ondas de agua, la luz tiene que tener características de onda. No se preguntó por qué se mueven los máximos y mínimos de las ondas de agua que interfieren. El boceto que Thomas Young usó para su explicación se parece a las franjas de la luz. Pero en nuestros días, la imagen real es que el patrón de interferencia de las ondas de agua se está moviendo. ¿Las franjas de dos fuentes de luz están haciendo lo mismo?

Lo que la luz está haciendo y las ondas de agua nunca hacen es que detrás de un borde solo la luz produce franjas. En ambos casos hay difracción pero son de diferente causa. Las ondas de agua se dispersan en su medio y por eso "ocupan" todo el medio disponible a su alrededor. Este no es el caso de la luz. La difracción de la luz se limita a un área estrecha a la izquierda y a la derecha de la línea geométrica de la sombra donde las franjas brillantes y las franjas de intensidad cero existen tanto en la sombra geométrica como en el otro lado también. Con el conocimiento de que los campos físicos están cuantificados y con el conocimiento de que los fotones y los electrones de la superficie del material del borde están interfiriendo, uno puede contar A y B juntos e interpretar las franjas como la manifestación de este campo común. El siguiente paso necesario de la opinión de los eruditos es que dos bordes se acercaron lo suficiente entre sí para dar un patrón de franjas "armónicas". Incluso si uno usa una doble rendija bien compuesta, esto no es más que 4 bordes.

Para hacer el último paso hay que tener en cuenta que el descubrimiento de la radiación electromagnética está relacionado con las ondas de radio. Las ondas de radio son radiación EM modulada. Las ondas de radio están hechas de electrones oscilantes. Desde Einstein sabemos que la radiación EM de los electrones excitados está cuantizada y estos cuantos más tarde se denominaron fotones. La frecuencia de estos fotones no tiene nada que ver con la frecuencia de la onda de radio generada. Pero lo que vemos es el resultado de un gran número de fotones sincronizados: En suma producen un campo eléctrico y otro magnético, ambos perpendiculares entre sí y perpendiculares a la dirección de propagación (exactamente así en el vacío). ¿Es posible concluir de esta manifestación de campos eléctricos y magnéticos a la naturaleza de los fotones? Sí, lo es. Una vez emitido, un fotón es ununidad indivisible de energía de propagación con componentes oscilantes de campo eléctrico y magnético .

Un punto más. En el campo cercano de una antena, los máximos de los campos eléctrico y magnético se desplazan 90°. Como saben, los fotones podrían verse influenciados y sus componentes de campo podrían rotar (polarización de la luz, irerefringencia, ...). No parece imposible que los fotones en las ondas de radio se sincronicen entre sí y esta es la razón de las antenas de campo lejano .

¿Por qué las ondas electromagnéticas se llaman ondas a pesar de que no viajan a través de un medio?
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